דנאַ מעטילאַציע טעסטינג קאַמביינד מיט סמאַרטפאָונז פֿאַר פרי סקרינינג פון טומאָרס און לוקימיאַ סקרינינג מיט אַ אַקיעראַסי פון 90.0%!

פריע דעטעקציע פון ​​קענסער באזירט אויף פליסיגע ביאָפּסי איז א נייע ריכטונג פון קענסער דעטעקציע און דיאַגנאָז פארגעשלאגן דורך די יו. עס. נאציאנאלע קענסער אינסטיטוט אין די לעצטע יארן, מיטן ציל צו דעטעקטירן פריע קענסער אדער אפילו פאַר-קענסעראָוס לעזשאַנז. עס איז ברייט געניצט געוואָרן ווי א נייער ביאָמאַרקער פאר דער פריע דיאַגנאָז פון פארשידענע בייזוויליגע קראַנקייטן, אַרייַנגערעכנט לונג קענסער, גאַסטראָוינטעסטאַנאַל טומאָרן, גליאָמאַס און גינעקאָלאָגישע טומאָרן.

די אויפקום פון פּלאַטפאָרמעס צו ידענטיפיצירן מעטיליישאַן לאַנדשאַפט (מעטהילסקייפּ) ביאָמאַרקערס האט די פּאָטענציעל צו באַדייטנד פֿאַרבעסערן די עקזיסטירנדיקע פריע סקרינינג פֿאַר ראַק, און שטעלן פּאַציענטן אין דער פריסטער באַהאַנדלבארער בינע.

לעצטנס, האבן פארשער אנטוויקלט א פשוטע און דירעקטע סענסינג פלאטפארמע פאר מעטילאציע לאנדשאפט דעטעקציע באזירט אויף ציסטעאמין דעקארירטע גאלד נאנאפארטיקלען (ציסט/אוינפאס) קאמבינירט מיט א סמארטפאן-באזירטן ביאסענסאר וואס ערמעגליכט שנעלע פריע סקרינינג פון א ברייטע קייט פון טומארן. פריע סקרינינג פאר לויקעמיע קען דורכגעפירט ווערן אינערהאלב 15 מינוט נאך דנא עקסטראקציע פון ​​א בלוט מוסטער, מיט אן אקוראטי פון 90.0%. ארטיקל טיטל איז שנעלע דעטעקציע פון ​​קענסער דנא אין מענטשליכן בלוט ניצנדיג ציסטעאמין-קאפירטע אוינפאס און א מאשין לערנען-ענייבלד סמארטפאן.

פיגור 1. א פשוטע און שנעלע סענסינג פּלאַטפאָרמע פֿאַר ראַק סקרינינג דורך Cyst/AuNPs קאָמפּאָנענטן קען דערגרייכט ווערן אין צוויי פּשוטע טריט.

דאָס ווערט געוויזן אין פיגור 1. ערשטנס, איז אַ וואַסעריקע לייזונג גענוצט געוואָרן צו צעלאָזן די דנ״א פראַגמענטן. ציסט/AuNPs זענען דערנאָך צוגעגעבן געוואָרן צו דער געמישטער לייזונג. נאָרמאַלע און בייזאַרטיקע דנ״א האָבן אַנדערע מעטילאַציע אייגנשאַפטן, וואָס רעזולטירט אין דנ״א פראַגמענטן מיט אַנדערע זעלבסט-אַסעמבלי פּאַטערנז. נאָרמאַלע דנ״א אַגרעגירט לויז און עווענטועל אַגרעגירט ציסט/AuNPs, וואָס רעזולטירט אין דער רויט-פאַרשיבטער נאַטור פון ציסט/AuNPs, אַזוי אַז אַ ענדערונג אין קאָליר פון רויט צו לילאַ קען באמערקט ווערן מיטן נאַקעטן אויג. אין קאַנטראַסט, דער אייגנאַרטיקער מעטילאַציע פּראָפיל פון ראַק דנ״א פירט צו דער פּראָדוקציע פון ​​גרעסערע קלאַסטערס פון דנ״א פראַגמענטן.

בילדער פון 96-ברונע פּלאַטעס זענען גענומען געוואָרן מיט אַ סמאַרטפאָון קאַמעראַ. ראַק דנאַ איז געמאָסטן געוואָרן דורך אַ סמאַרטפאָון אויסגעשטאַט מיט מאַשין לערנען קאַמפּערד צו ספּעקטראָסקאָפּי-באַזירטע מעטאָדן.

קענסער סקרינינג אין עכטע בלוט סאַמפּאַלז

כדי צו פארברייטערן די נוצלעכקייט פון דער סענסינג פּלאַטפאָרמע, האָבן די אויספאָרשער אָנגעווענדט אַ סענסאָר וואָס האָט מצליח געווען צו אונטערשיידן צווישן נאָרמאַל און קאַנסעראַס דנ״אַ אין עכטע בלוט מוסטערן. מעטילאַציע פּאַטערנז ביי CpG זייטלעך רעגולירן עפּיגענעטיש גען אויסדרוק. אין כּמעט אַלע ראַק טיפּן, ענדערונגען אין דנ״אַ מעטילאַציע און אַזוי אין אויסדרוק פון גענעס וואָס העכערן טומאָריגענעסיס זענען באמערקט געוואָרן צו אָלטערנירן.

אלס א מאָדעל פאר אנדערע קענסערס פארבונדן מיט דנ״א מעטילאציע, האבן די פארשער גענוצט בלוט מוסטערן פון לויקעמיע פאציענטן און געזונטע קאנטראלס צו אויספארשן די עפעקטיווקייט פון די מעטילאציע לאנדשאפט אין דיפערענצירן לויקעמישע קענסערס. דער מעטילאציע לאנדשאפט ביאָמאַרקער ניט נאר איבערטרעפט עקזיסטירנדע שנעלע לויקעמיע סקרינינג מעטאָדן, נאר אויך דעמאנסטרירט די מעגלעכקייט פון אויסברייטערן צו פרי דעטעקציע פון ​​א ברייטע קייט פון קענסערס ניצנדיק דעם פשוטן און גלייכן פּרוביר.

DNA פון בלוט מוסטערן פון 31 לויקעמיע פאציענטן און 12 געזונטע מענטשן איז אנאליזירט געווארן. ווי געוויזן אין די באקס פלאט אין פיגור 2א, די רעלאטיווע אבסארבאנס פון די קענסער מוסטערן (ΔA650/525) איז געווען נידעריגער ווי די DNA פון נארמאלע מוסטערן. דאס איז געווען הויפטזעכליך צוליב די פארשטארקטע הידראפאביציטי וואס האט געפירט צו א געדיכטער אגרעגאציע פון ​​קענסער DNA, וואס האט פארמיטן די אגרעגאציע פון ​​ציסט/אאונפא. אלס רעזולטאט, זענען די נאנאפארטיקלען געווען אינגאנצן פארשפרייט אין די אויסערליכע שיכטן פון די קענסער אגרעגאטן, וואס האט רעזולטירט אין א אנדערע פארשפרייטונג פון ציסט/אאונפא אדסארבט אויף נארמאלע און קענסער DNA אגרעגאטן. ROC קורוועס זענען דאן גענערירט געווארן דורך וועריירן די שוועל פון א מינימום ווערט פון ΔA650/525 ביז א מאקסימום ווערט.

פיגור 2.(א) רעלאטיווע אבזארבאנץ ווערטן פון ציסט/AuNPs לייזונגען וואס ווייזן די אנוועזנהייט פון נארמאלע (בלוי) און קענסער (רויטע) דנ״א אונטער אפטימיזירטע באדינגונגען

(DA650/525) פון קעסטל פּלאָץ; (ב) ROC אַנאַליז און עוואַלואַציע פון ​​דיאַגנאָסטישע טעסץ. (ג) צעמישונג מאַטריץ פֿאַר דער דיאַגנאָז פון נאָרמאַלע און ראַק פּאַטיענץ. (ד) סענסיטיוויטי, ספּעציפֿישקייט, positive predictive value (PPV), negative predictive value (NPV) און אַקיעראַסי פון די דעוועלאָפּעד מעטאָד.

ווי געוויזן אין פיגור 2ב, די שטח אונטער די ROC קורווע (AUC = 0.9274) באקומען פאר די אנטוויקלטע סענסאר האט געוויזן הויך סענסיטיוויטי און ספעציפישיטי. ווי מען קען זען פון די באקס פלאט, דער נידעריגסטער פונקט וואס רעפרעזענטירט די נארמאלע DNA גרופע איז נישט גוט אפגעטיילט פון דעם העכסטן פונקט וואס רעפרעזענטירט די קענסער DNA גרופע; דעריבער, לאגיסטישע רעגרעסיע איז גענוצט געווארן צו אונטערשיידן צווישן די נארמאלע און קענסער גרופעס. געגעבן א סכום פון אומאפהענגיקע וועריאבלען, שאצט עס די ווארשיינליכקייט פון א געשעעניש וואס פאסירט, ווי א קענסער אדער נארמאלע גרופע. די אפהענגיקע וועריאבל ריינדזשט צווישן 0 און 1. דער רעזולטאט איז דעריבער א ווארשיינליכקייט. מיר האבן באשטימט די ווארשיינליכקייט פון קענסער אידענטיפיקאציע (P) באזירט אויף ΔA650/525 ווי פאלגנד.

וואו b=5.3533,w1=-6.965. פאר מוסטער קלאסיפיקאציע, א ווארשיינליכקייט פון ווייניגער ווי 0.5 ווייזט אויף א נארמאלן מוסטער, בשעת א ווארשיינליכקייט פון 0.5 אדער העכער ווייזט אויף א קענסער מוסטער. פיגור 2c ווייזט די צומישעניש מאטריץ גענערירט פון די לאז-עס-אליין קראס-וואלידאציע, וואס איז גענוצט געווארן צו וואלידירן די סטאביליטעט פון די קלאסיפיקאציע מעטאד. פיגור 2d סומאריזירט די דיאגנאסטישע טעסט אפשאצונג פון די מעטאד, אריינגערעכנט סענסיטיוויטי, ספעציפיטי, פאזיטיוו פרעדיקטיוו ווערט (PPV) און נעגאטיווער פרעדיקטיוו ווערט (NPV).

סמאַרטפאָון-באַזירטע ביאָסענסאָרן

כדי ווייטער צו פארפּשוטערן מוסטער טעסטינג אָן די נוצן פון ספּעקטראָפאָטאָמעטערס, האָבן די פאָרשער גענוצט קינסטלעכע אינטעליגענץ (AI) צו אינטערפּרעטירן די קאָליר פון דער לייזונג און אונטערשיידן צווישן נאָרמאַלע און קאַנסעראַס מענטשן. מיט דעם אין זינען, איז קאָמפּיוטער זעאונג גענוצט געוואָרן צו איבערזעצן די קאָליר פון דער Cyst/AuNPs לייזונג אין נאָרמאַל DNA (לילאַ) אָדער קאַנסעראַס DNA (רויט) ניצנדיק בילדער פון 96-ברונעם פּלאַטעס גענומען דורך אַ מאָביל טעלעפאָן קאַמעראַ. קינסטלעכע אינטעליגענץ קען רעדוצירן קאָסטן און פֿאַרבעסערן צוטריטלעכקייט אין אינטערפּרעטירן די קאָליר פון נאַנאָפּאַרטיקל לייזונגען, און אָן די נוצן פון קיין אָפּטישע האַרדווער סמאַרטפאָון אַקסעסאָריעס. צום סוף, צוויי מאַשין לערנען מאָדעלס, אַרייַנגערעכנט Random Forest (RF) און Support Vector Machine (SVM), זענען טריינד געוואָרן צו קאַנסטרויִרן די מאָדעלס. ביידע די RF און SVM מאָדעלס האָבן ריכטיק קלאַסיפיצירט די מוסטערן ווי פּאָזיטיוו און נעגאַטיוו מיט אַ אַקיעראַסי פון 90.0%. דאָס סאַגדזשעסטיד אַז די נוצן פון קינסטלעכע אינטעליגענץ אין מאָביל טעלעפאָן-באַזירט ביאָסענסינג איז גאַנץ מעגלעך.

פיגור 3.(א) ציל קלאס פון דער לייזונג רעקארדירט ​​בעת דער צוגרייטונג פון דעם מוסטער פארן בילד אקווייזישאן שריט. (ב) ביישפיל בילד גענומען בעתן בילד אקווייזישאן שריט. (ג) קאליר אינטענסיטעט פון דער ציסט/AuNPs לייזונג אין יעדן ברונעם פון דער 96-ברוננעם טעלער עקסטראקטירט פון דעם בילד (ב).

ניצנדיק Cyst/AuNPs, האבן פארשער מצליח געווען צו אנטוויקלען א פשוטע סענסינג פלאטפארמע פאר מעטילאציע לאנדשאפט דעטעקציע און א סענסאר וואס איז פעאיג צו אונטערשיידן נארמאלע DNA פון קענסער DNA ווען מען ניצט עכטע בלוט סעמפלס פאר לויקעמיע סקרינינג. דער אנטוויקלטער סענסאר האט דעמאנסטרירט אז DNA עקסטראקטירט פון עכטע בלוט סעמפלס איז געווען פעאיג צו שנעל און קאסטן-עפעקטיוו דעטעקטירן קליינע מאסן פון קענסער DNA (3nM) אין לויקעמיע פאציענטן אין 15 מינוט, און האט געוויזן אן אקוראטקייט פון 95.3%. צו ווייטער פארפּשוטערן סעמפל טעסטן דורך עלימינירן די נויטווענדיקייט פון א ספעקטראפאטאמעטער, איז מאשין לערנען גענוצט געווארן צו אינטערפרעטירן די קאליר פון דער לייזונג און אונטערשיידן צווישן נארמאלע און קענסערישע מענטשן ניצנדיק א מאביל טעלעפאן פאטאגראפיע, און אקוראטקייט איז אויך געווען פעאיג צו ווערן דערגרייכט ביי 90.0%.

רעפערענץ: DOI: 10.1039/d2ra05725e